Проблемы экологии в столице актуальны как в любом крупном мегаполисе мира. Правительство Москвы проводит интенсивную работу по формированию единой городской природоохранной политики, направленной на улучшение экологической обстановки и обеспечение экологической безопасности столицы. Функции надзора и контроля в этой области осуществляет Департамент природопользования и охраны окружающей среды города Москвы.
В городе непрерывно работают автоматические станции контроля загрязнения окружающей среды — это 39 стационарных станций, контролирующих уровень загрязнения воздуха по 22 позициям. Сравнительный анализ уровней загрязнения воздуха в Москве, Париже, Гонконге, Стокгольме показал, что общей проблемой для крупных мегаполисов являются оксиды азота и взвешенные вещества (для Москвы характерно также повышенное содержание углеводородов).
Особенностью столицы является преобладание в течение года ветров западных румбов, отчего западные и северо-западные районы города получают более свежий воздух, который дополнительно очищен лесными массивами западной части Московской области. Северо-запад столицы имеет более чистые водоемы, поскольку основные водотоки Подмосковья текут с северо-запада на юго-восток. В последнее время в Москве-реке в районе Строгинской поймы и Серебряного бора на территории до западного речного порта вновь встречается стерлядь, радужная форель и некоторые другие виды ценных рыб. Общие особенности почв и рельефа также обуславливают дифференциацию экологических условий столицы. Северо-запад Москвы более возвышенный, холмистый, имеет более тяжелые, глинистые и суглинистые почвы. Это способствует активному поверхностному смыву, горизонтальной миграции загрязнения, его концентрации в водоемах и малому проникновению в грунты.
Зеленые растения занимают 30 % территории столицы, что является весьма высоким уровнем для многомиллионного мегаполиса, однако значительное негативное воздействие на растительность лесов и парков оказывают возрастающие рекреационные нагрузки. Для того чтобы уберечь растения от подобных воздействий, в лесах и парках столицы прокладываются дорожки с твердым покрытием, которые принимают на себя основной поток отдыхающих и защищают растительность от повреждений.
Важным фактором улучшения экосистемы города является сохранение и развитие скверов, парков и зеленых зон внутри дворов. На территории Москвы есть немало мест, где можно встретить диких животных — бобра, ласку, лося. Части города, в которых дикая природа осталась в неизменном состоянии, признаны особо охраняемыми природными территориями и защищаются городским законом. Также на стадии принятия находится закон об охране диких животных в городе. В Москве под патронажем Департамента природопользования и охраны окружающей среды находятся 9 природно-исторических парков, 6 природных заказников, 95 памятников природы и один национальный парк «Лосиный Остров». К 2020 г. появится еще около 70 крупных особо охраняемых природных территорий и около 300 памятников природы.
Департамент природопользования и охраны окружающей среды Москвы планирует восстановить многие лесные участки города. Так, в долине реки Сетунь воссоздаются широколиственные леса, а на пойменных территориях высаживаются ольшаники. В долине реки Сходня есть питомник редких и исчезающих растений, занесенных в Красную Книгу, в парках и заказниках сохраняются «аптекарские огороды», коллекции полезных для окружающей среды растений, выделяющих фитонциды. В настоящее время в столице отмечается изменение правового и экологического сознания москвичей, отрицание потребительского отношения к природе.
Москва уделяет особенное внимание передовым технологиям и мировому опыту в переработке мусора, готовит программу по обращению с бытовыми отходами, чтобы сократить количество захоронений и сделать эту переработку полностью безвредной для здоровья москвичей и гостей столицы.